%% This article has been submitted and accepted for publication in %% THE FOATA FESTSCHRIFT, %% a special issue of THE ELECTRONIC JOURNAL OF COMBINATORICS %% dedicated to DOMINIQUE FOATA at the occasion of his 60th birthday. %% %% Author(s): DANIEL BARSKY ET MICHEL CARPENTIER %% Title: POLYNOMES DE JACOBI GENERALISES ET INTEGRALES DE SELBERG %% Date of submission: January 24, 1995 %% TeX version: LaTeX %% File size (approx): 87 kB %% Number of pages: 33 %% Author's email: barsky@math.univ-paris13.fr %% %% \documentclass[12pt]{article} \usepackage{amssymb} \usepackage{latexsym} \title{ Polyn\^omes de Jacobi g\'en\'eralis\'es \hfill \\ et Int\'egrales de Selberg} \author{ \small Daniel Barsky \\ \small Universit\'e Paris 13\\ \small Institut Galil\'ee \\ \small LAGA, URA CNRS n$^\circ$742 \\ \small Av J.B. Cl\'ement \\ \small F-93430 VILLETANEUSE \\ \small e.mail: barsky@math.univ-paris13.fr \and \small Michel Carpentier \\ \small Universit\'e Paris 6 \\ \small Institut de Math\'ematiques\\ \small UMR CNRS n$^\circ$9994 \\ \small 4, place Jussieu \\ \small F-75252 PARIS CEDEX 05\\ \small e.mail: mic@ccr.jussieu.fr\\} \date{Submitted: January 24, 1995; Accepted: January 24, 1995\\ \vspace{1cm}\normalsize \it Ce travail est dedie a Dominique Foata pour son 60-i\`eme anniversaire} %macro \def\refname{\centerline{Bibliographie}} \def\abstractname{R\'esum\'e} \def\a{\underline {a}} \def\e{\underline {e}} \def\ii{\underline {i}} \def\n{\underline {n}} \def\r{\underline {r}} \def\y{\underline {y}} \def\x{\underline {x}} \def\z{\underline {z}} \def\s{\underline {s}} \def\f{\underline {F}} \def\g{\underline {G}} \def\llambda{\underline {\lambda}} \def\mmu{\underline {\mu}} \def\rrho{\underline {\rho}} \def\zzeta{\underline \zeta} \def\R{\mbox{$\Bbb R$}} \def\N{\mbox{$\Bbb N$}} \def\Z{\mbox{$\Bbb Z$}} \def\Q{\mbox{$\Bbb Q$}} \def\C{\mbox{$\Bbb C$}} %\def\R{\mbox{\bb R}} %\def\N{\mbox{\bb N}} %\def\Z{\mbox{\bb Z}} %\def\Q{\mbox{\bb Q}} %\def\C{\mbox{\bb C}} \def\A{\mbox{$\cal A$}} \def\I{\mbox{$\cal I$}} \def\T{\mbox{$\cal T$}} \def\U{\mbox{$\cal U$}} \def\F{\mbox{$\cal F$}} \def\G{\mbox{$\cal G$}} \def\H{\mbox{$\cal H$}} \def\P{\mbox{$\cal P$}} \def\PP{\mbox{$\bf P$}} \def\D{\mbox{$\cal D$}} \def\DD{\mbox{$\mathfrak D$}} %\def\DD{\mbox{\got D}} \def\RR{\mbox{$\cal R$}} \def\X{\mbox{$\cal X$}} \def\W{\mbox{$\cal W$}} \def\S{\mbox{$\mathfrak D$}} %\def\S{\mbox{\got S}} \def\CC{\mbox{$\cal C$}} %fin macro %polices suppl\'ementaires %\newfont{\bb}{MSBM10} %\newfont{\bb}{msym10} %\newfont{\got}{EUFM10 scaled 1200} %fin polices suppl\'ementaires %fin macro \begin{document} \pagestyle{myheadings} \markright{\sc the electronic journal of combinatorics 3 (2) (1996), \#R1\hfill} \thispagestyle{empty} \maketitle \newtheorem{lemme}{Lemme} \newtheorem{proposition}{Proposition} \newtheorem{theoreme}{Th\'eor\`eme} \newtheorem{corollaire}{Corollaire} \newtheorem{definition}{D\'efinition} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%% %R\'esum\'e% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%% \begin{abstract} G. Anderson a d\'evelopp\'e une m\'ethode nouvelle pour calculer l'in\-t\'e\-gra\-le de Selberg. Nous montrons que cette m\'ethode s'applique aussi pour calculer une g\'en\'e\-ra\-li\-sation de l'int\'egrale de Selberg \'etudi\'ee par J. Kaneko. Le r\'esultat s'exprime \`a l'aide des polyn\^omes de Jacobi sym\'etriques \`a plusieurs variables. La preuve utilise les op\'erateurs de mont\'ee et de descente qui leur sont associ\'es. \end{abstract} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% %Introduction% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%% \section{Introduction} Selberg \cite{se1} a \'etudi\'e l'int\'egrale suivante: \begin{eqnarray}\displaystyle S_{n}^{(a,b,c)}& = & {1\over n!}\displaystyle \int_{\lbrack 0 ,1\rbrack^n} \prod_{i=1}^n x_i^{a-1} (1-x_i)^{b-1} \prod_{1\leq i0$). Il montre pour $u=1$ que: \begin{eqnarray} A_n^{(a,b,c)}(\y) & \stackrel{d\acute{e}f}{ =} & A_{n,\chi }^{(a,b,c)}(\y) \label{*16} \hfill \\ & = &\! \! \! \! (-2)^{-mn}S_{n}^{(a,b,c)} P_{\hspace{-0,1 cm}{}_{\n}}^{({a\over c}-1,\,{b \over c}-1 , \, {1 \over c}-{1\over 2})}(1-2 \, y_1, 1-2 \, y_2 , \cdots ,1-2 \, y_m) \nonumber \end{eqnarray} Pour $u=c$ le r\'esultat de J. Kaneko n\'ecessite la d\'efinition des fonctions de Jack, $\displaystyle {}_2F_1^{\alpha}(a,b;c;y_1,\ldots ,y_m)$. \medskip \par Nous retrouvons les r\'esultats d'Aomoto et de Kaneko aux th\'eor\`emes \ref{theoreme1a} et \ref{theoreme2} en suivant la m\'ethode, tr\`es naturelle et \'el\'ementaire dans son principe, introduite par Anderson, \cite{an1}, pour calculer l'int\'egrale de Selberg. Ces r\'esultats peuvent aussi \^etre interpr\'et\'es comme des repr\'esentations int\'egrales des po\-ly\-n\^o\-mes de Jacobi sym\'etriques, cf. \cite{de2}. Nous donnons le r\'esultat de Kaneko seulement pour $u=1$, nous reviendrons ult\'erieurement sur un cas plus g\'en\'eral. Tous ces r\'esultats sont li\'es aux conjectures d'Evans, cf. \cite{ev1} et \cite{an2}, sur les identit\'es entre sommes de Gauss; nous esp\'erons revenir sur cet aspect.\bigskip Notre contribution principale tient dans les propositions \ref{proposition1a} \`a \ref{proposition2} et sp\'e\-cia\-lement les propositions \ref{proposition4} et \ref{proposition5}. Notre d\'emonstration utilise la formule de Rodriguez pour les polyn\^omes de Jacobi, cf. \cite{ra1}, dans le cas de l'int\'egrale d'Aomoto. Elle utilise les op\'erateurs de mont\'ee $D_{+,\x}^{(\alpha,\beta,\gamma)}$, introduits par A. Debiard \cite {de1}, pour le cas \`a $m$ variables au lieu du Laplacien utilis\'e par Kaneko \cite{kn1}. Ces op\'erateurs de mont\'ee donnent pour les polyn\^omes de Jacobi g\'en\'eralis\'es sym\'etriques une repr\'esentation analogue \`a la formule de Rodriguez. Un des points cl\'e de la d\'emonstration est l'identification de la restriction \`a certains sous-espaces de ces op\'erateurs de mont\'ee avec l'op\'erateur $\Phi$ que nous introduisons sur les polyn\^omes \`a $m$ variables. Cet op\'erateur $\Phi$ est une transform\'ee de Mellin formelle sur l'espace des polyn\^omes. \bigskip Au paragraphe {\ref{sub3} nous indiquons comment on peut traiter le cas $\displaystyle \chi_u (\y,\x)=\prod_{j=1}^m \prod_{i=1}^n (y_j-x_i)^{n_j}$, $n_j \in \N$. Ce cas peut aussi \^etre obtenu par la m\'ethode de J. Kaneko \`a condition d'exprimer ses op\'erateurs diff\'erentiels en variables sym\'etriques. En fait la r\'eponse apport\'ee au calcul de l'int\'egrale (\ref{*15}) par les formules (\ref{*17}) et (\ref{*16}) n'est pas totalement satisfaisante car bien que les coefficients des polyn\^omes de Jacobi g\'en\'eralis\'es sym\'etriques soient calculables, au moins th\'eoriquement, pour chaque partition $\n=(n_1,\ldots ,n_p)$, on ne conna\^{\i}t de formule g\'en\'erale que dans des cas tr\`es particuliers, \cite{de2}, \cite{dg1}, \cite{dg2}. \medskip \par Remerciements: A. Debiard nous a signal\'e l'article de J. Kaneko et nous a expliqu\'e la th\'eorie des polyn\^omes de Jacobi sym\'etriques et de leurs op\'erateurs de mont\'ee et de descente. L. Habsieger a lu attentivement une premi\`ere version et nous a permis ainsi de rectifier plusieurs erreurs. Nous remercions les r\'ef\'er\'es qui ont pris la peine de relire avec grand soin le texte et qui nous ont permis grace a leurs remarques de corriger de nombreuses erreurs. \vfill \eject %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Expression en variables sym\'etriques% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \section{Expression en varia\-bles sy\-m\'e\-triques} En suivant la m\'ethode d'Anderson, \cite{an1}, nous allons donner une expression de $J_{n,\chi }^{(a,b,c)}(\y)$ \`a l'aide des fonc\-tions sym\'e\-triques \'el\'e\-men\-taires en les z\'eros du polyn\^ome $\displaystyle F(t)=\prod_{i=1}^n (t-x_i )$. Cette m\'ethode consiste \`a exprimer les fonctions sym\'etriques qui apparaissent dans la d\'efinition de l'int\'egrale de Selberg et ses g\'en\'eralisations \`a l'aide des fonctions sym\'etriques \'el\'ementaires et \`a utiliser la formule d'interpolation de Lagrange pour faire le changement de variables. Le lemme 1 est tir\'e de~\cite{an1}. %%%%%%%%%%%%% %definition1% %%%%%%%%%%%%% \begin{definition}\label{definition1} Soit $\P_n(t)$ l'ensemble des polyn\^omes $F(t) \in \R\lbrack t \rbrack$, unitaires de degr\'e $n$, dont toutes les racines sont r\'eelles, distinctes, et comprises entre $0$ et $1$. \end{definition} %%%%%%%% %lemme1% %%%%%%%% \begin{lemme} \label{lemme1} Soit $ F(t)=F_0 +F_1 t +\cdots +F_{n-1} t^{n-1} +t^n= \prod_{i=1}^n (t-x_i)$. Soit $\chi(\y,\x)= \prod_{j=1}^m \prod_{i=1}^n (y_j-x_i)$. Soit $\Delta (F)$ le discri\-minant de $F(t)$. Soit $d\f=dF_0 \, dF_1 \cdots dF_{n-1}$. Alors \begin{displaymath} J_{n,\chi }^{(a,b,c)}(\y)=\int_{F \in {\mbox {\P}_{n}}(t)} \ \bigg( \prod_{j=1}^m F(y_j) \bigg) | F(0) |^{a-1} | F(1) |^{b-1} | \Delta (F) |^{c-{1 \over 2}} d\f \end{displaymath} \end{lemme} $\Box$ On a, en effet, un diff\'eomorphisme entre $\{ \x =(x_1 ,x_2,\cdots ,x_n) \in \lbrack 0,1 \rbrack^n ; \\ 0\leq x_10; \ 1\leq i\leq n+1\\ \displaystyle \sum_{i=1}^{n+1} \rho_i= 1 \end{array} \right.$. \end{lemme} $\Box$ On effectue la d\'ecomposition en \'el\'ements simples de $\displaystyle \frac{G(t)}{Z(t)}$, ou de mani\`ere \'equivalente on utilise la formule d'interpolation de Lagrange. \hspace{\fill} $\Box$ On veut \'evaluer l'int\'egrale \begin{eqnarray*}\displaystyle \I_n(s_1,\ldots , s_{n+1};y) & \stackrel{d\acute{e}f}{=} & \int_{G \in \D_n(Z)} G(y) \prod_{i=1}^{n+1} |G(\zeta_i)|^{s_i-1} d\g \end{eqnarray*} o\`u $G(y)=G_0+G_1\, y +G_2\, y^2 +\cdots +G_{n-1}\, y^{n-1}+y^n$, $d\g=dG_0dG_1\cdots dG_{n-1}$ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%% %lemme3 \label{lemme2a}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{lemme}\label{lemme2a} Soit $$\U_n=\left\{\rrho= (\rho_1,\ldots , \rho_{n+1}) \in \R^{n+1};\ \big(\rho_i >0\big)_{1\leq i \leq n+1}, \ \sum_{i=1}^{n+1} \rho_i =1\right\}$$ Alors: $\displaystyle \D_n(Z)\simeq \U_n$ \end{lemme} $\Box$ Ce lemme sera d\'emontr\'e dans le cours de la preuve du lemme \ref{lemme2} $\Box$ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%% %lemme4 \label{lemme3a}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{lemme} \label{lemme3a} Soit $\U_n$ comme au lemme \ref{lemme2a}, et soit \begin{eqnarray*}\I_n(s_1,\ldots , s_{n+1};y) & \stackrel{d\acute{e}f}{=} & \int_{G \in \D_n(Z)} G(y) \prod_{i=1}^{n+1} | G(\zeta_i)|^{s_i-1} d\g \\ \widetilde{\I}_i(\s)=\widetilde{\I}_i(s_1,\ldots ,s_{n+1}) & \stackrel{d\acute{e}f}{=} & \int_{\rrho \in \U_n} \rho_i^{s_i} \prod_{\scriptstyle j=1 \atop j\not =i}^{n+1} \rho_j^{s_j-1} d\rrho \end{eqnarray*} o\`u $s_i \in \R$ et $s_i >1$. Alors: \begin{eqnarray} \I_n(s_1,\ldots , s_{n+1};y) & = & -\sum_{i=1}^{n+1} \frac{Z(y)}{\zeta_i-y} \bigg( \prod_{j=1}^{n+1}|Z'(\zeta_j)|^{s_j-\frac{1}{2}} \bigg) \widetilde{\I}_i(s) \label{***1} \medskip \\ \lim_{|y| \to \infty} \frac{\I_n(s_1,\ldots , s_{n+1};y)}{y^n} & = & \left(\prod_{j=1}^{n+1} |Z'(\zeta_j)|^{s_j-\frac{1}{2}}\right) \frac{\prod_{j=1}^{n+1} \Gamma(s_j)}{\Gamma(\sum_{j=1}^{n+1}s_j)} \label{***2} \medskip \\ \widetilde{\I}_i(\s) & = & \frac{ s_i\prod_{j=1}^{n+1} \Gamma(s_j)}{ \Gamma\Big(1+\sum_{j=1}^{n+1} s_j\Big)} \label{***3} \end{eqnarray} \end{lemme} $\Box$ Pour la preuve de (\ref{***1}) et de (\ref{***3}) voir les lemmes \ref{lemme2} et \ref{lemme3}. D\'emontrons (\ref{***2}) qui n'est autre qu'un des lemmes d'Anderson, \cite{an1}: \begin{eqnarray*}\lefteqn{ \lim_{|y| \to \infty} \frac{\I_n(s_1,\ldots , s_{n+1};y)}{y^n} = \int_{G \in \D_n(Z)} \prod_{i=1}^{n+1} |G(\zeta_i)|^{s_i-1} d\g} \\ & &= -\sum_{i=1}^{n+1} \lim_{|y| \to \infty} \frac{Z(y)}{y^n(\zeta_i-y)}\left( \prod_{j=1}^{n+1} |Z'(\zeta_j)|^{s_j-\frac{1}{2}}\right) \frac{\Gamma(1+s_i)\prod_{j=1 \atop j \not = i}^{n+1} \Gamma(s_j)}{\Gamma(1+\sum_{j=1}^{n+1}s_j)} \\ & & =\left( \prod_{j=1}^{n+1} |Z'(\zeta_j)|^{s_j-\frac{1}{2}}\right) \frac{\prod_{j=1}^{n+1} \Gamma(s_j)}{\Gamma(1+\sum_{j=1}^{n+1}s_j)} \left( \sum_{j=1}^{n+1} s_j \right) \\ & & = \left(\prod_{j=1}^{n+1} |Z'(\zeta_j)|^{s_j-\frac{1}{2}}\right) \frac{\prod_{j=1}^{n+1} \Gamma(s_j)}{\Gamma(\sum_{j=1}^{n+1}s_j)} \hspace{\fill} \Box \end{eqnarray*} Soit: \begin{eqnarray*} \lefteqn{ E_{n+1} \stackrel{d\acute{e}f}{=} \Big\{ (F,G) \in \P_n \times \P_{n+1} \, ;\, F(t)=\prod_{i=1}^n (t-\varphi_i)\, , \ G(t)= \prod_{i=1}^{n+1} (t- \gamma_i)\, ,} \hspace{5cm} \\ & & 0 \leq \gamma_1 < \varphi_1 < \gamma_2 < \ldots < \varphi_n < \gamma_{n+1} \leq 1 \Big\} \end{eqnarray*} Le lemme suivant est au coeur de la m\'ethode d'Anderson \cite{an1}, en parti\-cu\-lier l'introduction de l'int\'egrale $I_n^{(a,b,c)}(y)$ et son calcul par deux m\'ethodes diff\'erentes. Nous n'avons fait que l'adapter \`a notre situation. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%% %lemme5 \label{lemme5a}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{lemme}\label{lemme5a} Soit $F,G \in \R\lbrack y\rbrack$, $F \in \P_n$, $G \in \P_{n+1}$. Soit $R(F,G)$ le r\'esultant de $F$ et $G$, $R(F,G)|=\prod_{i=1}^n |G(\varphi_i)|=\prod_{j=1}^{n+1}|F(\gamma_j)|$, o\`u les $(\gamma_j)_{1 \leq j \leq n+1}$ sont les racines de $G$ et les $(\varphi_i)_{1 \leq i \leq n}$ celles de $F$. Soit $d\f=dF_0\cdots dF_{n-1}$ et $d\g=dG_0\cdots dG_n$. Soit $$ I_n^{(a,b,c)}(y)= \int_{(F,G) \in E_{n+1}} G(y) \cdot|G(0)|^{a-1} \cdot |G(1) |^{b-1} \cdot |R(F,G)|^{c-1} d\f d\g $$ Alors: \begin{eqnarray*}I_n^{(a,b,c)}(y) & = & y(y-1) \frac{\Gamma(a) \Gamma(b) \Gamma(c)^n}{\Gamma(1+a+b+nc)} \int_{F \in \P_n} F(y)\times \\ & &\hspace{-2cm} \times \left\{\frac{a}{y}+\frac{b}{y-1}-c\sum_{i=1}^n \frac{1}{\varphi_i -y}\right\} |F(0)|^{a+c-1} \cdot |F(1)|^{b+c-1} \cdot |\Delta(F)|^{c- \frac{1}{2}} d\f \end{eqnarray*} \end{lemme} $\Box$ Int\'egrons par rapport \`a $G$ puis par rapport \`a $F$. Dans le lemme suivant nous int\'egrerons dans l'ordre inverse. Posons pour $(F,G) \in E_{n+1}$, $Z(y)=y(y-1)F(y)$. Les racines de $Z$ enlacent celles de $G$, autrement dit $(G,Z) \in E_{n+2}$, ou encore $G \in \D_{n+1}(Z)$. Il vient: \begin{eqnarray*}\lefteqn{I_n^{(a,b,c)}(y)=} \\ & &= \int_{F \in \P_n} \left\{ \int_{G \in \D_{n+1}(Z)} G(y) \cdot |G(0)|^{a-1} \cdot |G(1)|^{b-1} \prod_{i=1}^n |G(\varphi_i)|^{c-1} d\g \right\} d\f \end{eqnarray*} Notons $(\zeta_i)_{1 \leq i \leq n+2}$ les racines de $Z$ ordonn\'ees de la mani\`ere suivante: $\zeta_1=0$, $ \zeta_i=\varphi_{i-1}$ pour $2 \leq i \leq n+1$, $\zeta_{n+2}=1$. Posons aussi $s_1=a$, $s_i=c$ pour $2 \leq i \leq n+1$, $s_{n+2}=b$. Alors: \begin{eqnarray*} \lefteqn{\int_{G \in \D_{n+1}(Z)} G(y) \, |G(0)|^{a-1}\, |G(1)|^{b-1} \prod_{i=1}^n |G(\varphi_i)|^{c-1} d\g = } \hspace{5cm}\\ & & =\int_{G \in \D_{n+1}(Z)} G(y) \prod_{i=1}^{n+2} |G(\zeta_i)|^{s_i-1} d\g \end{eqnarray*} Il est imm\'ediat que: \begin{eqnarray*} Z'(0)=-F(0)\, , & Z'(1)=F(1) \, ,& \Big\{ Z'(\varphi_j)=\varphi_j(\varphi_j-1)F'(\varphi_j)\Big\}_{1 \leq j \leq n} \end{eqnarray*} Donc d'apr\`es le lemme \ref{lemme3a}: \begin{eqnarray*} \lefteqn{\int_{G \in \D_{n+1}(Z)} G(y) \prod_{i=1}^{n+2} |G(\zeta_i)|^{s_i-1} d\g=}\hspace{2cm}\\ & & =-\sum_{i=1}^{n+2} \frac{Z(y)}{\zeta_i-y}\left(\prod_{j=1}^{n+2} |Z'(\zeta_j)|^{s_j-\frac{1}{2}}\right) \frac{s_i\prod_{j=1}^{n+2} \Gamma(s_j)}{\Gamma(1+\sum_{j=1}^{n+2} s_j)} \end{eqnarray*} Il suffit alors de revenir aux d\'efinitions de $Z$, des $\zeta_i$ et des $s_j$.\hspace{\fill} $\Box$ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %lemme6 \label{lemme6a}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{lemme} \label{lemme6a} On a: \begin{eqnarray*} I_n^{(a,b,c)}(y) = \frac{\Gamma(c)^{n+1} }{\Gamma((n+1)c)}\int_{G \in \P_{n+1}} G(y) \, |G(0)|^{a-1} \, |G(1)|^{b-1} |\Delta(G)|^{c-\frac{1}{2}} d\g \end{eqnarray*} \end{lemme} $\Box$ On calcule $I_n^{(a,b,c)}(y)$ en int\'egrant d'abord en $F$ puis en $G$, puis on utilise la formule \ref{***3} du lemme \ref{lemme3a}.\hspace{\fill} $\Box$\medskip Nous pouvons comparer les deux expressions de $I_n^{(a,b,c)}(y)$, le but \'etant de calculer par r\'ecurrence l'int\'egrale d'Aomoto $A_{n}^{(a,b,c)}(y) $ et de la comparer \`a l'int\'egrale de Selberg $S_{n}^{(a,b,c)}$. \medskip Soit l'op\'erateur $\displaystyle D_y^{(\frac{a}{c}-1,\frac{b}{c}-1)}= y^{1-\frac{a}{c}}(1-y)^{1-\frac{b}{c}}\, \frac{d}{dy}\, y^{\frac{a}{c}}(1-y)^{\frac{b}{c}}$, c'est la version \`a une variable de l'op\'erateur, $\displaystyle D_{+,\y}^{(\alpha,\beta,\gamma)}$, d\'efini dans \cite{de1} et rappel\'e au lemme \ref{lemme13} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%% %proposition1 \label{proposition1a}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%% \begin{proposition} \label{proposition1a} Soit: \begin{eqnarray*} A_{n}^{(a,b,c)}(y) & = & {1\over n!} \int_{\lbrack 0,1 \rbrack^n} \! \left( \prod_{i=1}^n (y-x_i) \, x_i^{a-1} \, (1-x_i)^{b-1} \right) \prod_{1\leq i1% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% \section{La m\'ethode d'Anderson, le cas $m \geq 1$ \label{sec4}} Ce paragraphe est consacr\'e \`a l'extension \`a plusieurs variables du r\'esultat pr\'ec\'edent. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% %Introduction de l'op\'erateur $\Phi$% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%% \subsection{Introduction de l'op\'erateur $\Phi$ \label{introductionphi}} La m\'ethode du lemme \ref{lemme2} est imit\'ee d'Anderson \cite{an1}. On utilisera dans la suite la convention suivante: si $\s=(s_1,\ldots ,s_n)$ est un multi-indice et si $\x=(x_1, \ldots , x_n)$ est un ensemble de variables on posera $\x^{\s}=\prod_{i=1}^n x_i^{s_i}$. On notera aussi $\s-1=(s_1-1,s_2-1,\ldots , s_n-1)$. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %lemme7=\label{lemme2}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{lemme}\label{lemme2} Soit $\displaystyle \zzeta=( \zeta_1, \zeta_2, \ldots , \zeta_{n+1})$ une suite strictement croissante de r\'eels. Soit $\displaystyle s_1,\cdots ,s_{n+1}$ des nombres complexes de parties r\'eelles suffisamment gran\-des. Soit $\displaystyle Z(t)= \prod_{i=1}^{n+1}\, (t-\zeta_{i})$. Soit $$\displaystyle \U_n =\left\{\rrho = (\rho_1, \cdots , \rho_n ) \in \R^n ; \rho_i > 0, 1 \leq i \leq n \, , \sum_{i=1}^n \rho_i < 1 \right\}$$ On pose $\displaystyle \rho_{n+1}= 1-\sum_{i=1}^n \rho_i$ et on note $\displaystyle d\rrho=d\rho_1 \cdots d\rho_n$. Alors si $\y=(y_1, \cdots , y_m )$ et si $G(t) = G_0 + G_1 \, t \cdots + \, G_{n-1} \, t^{n-1} \, + t^n$ \begin{eqnarray*} \lefteqn{J_{n+1}^m(\underline{s},\underline{y}) \stackrel{d\acute{e}f}{=}\int_{G \in \D_n(Z)} \bigg(\prod_{j=1}^m \, G(y_j) \bigg) \prod_{i=1}^{n+1} \,| G(\zeta_i)|^{s_i -1} \, dG_0 \, dG_1 \cdots dG_{n-1}} \\ & & = \bigg( \prod_{j=1}^m Z(y_j) \bigg) \bigg( \prod_{i=1}^{n+1} |Z'(\zeta_i)|^{s_i -{1\over 2}} \bigg) \int_{\rrho \in \U_n} \Bigg( \prod_{k=1}^m \left( \sum_{l=1}^{n+1} {\rho_{l} \over y_{k} -\zeta_{l} } \right) \Bigg) \prod_{l=1}^{n+1} \, \rho_l^{s_{l}-1} \, d\rrho \end{eqnarray*} \end{lemme} $\Box$ Le passage de la premi\`ere expression de $\displaystyle J_{n+1}^m(\s,\y)$ \`a la deuxi\`eme se fait en utilisant la formule d'interpolation de Lagrange. Posons $\displaystyle Z_{i}(t)= \prod_{j=1 \atop j \not = i}^{n+1} \, (t-\zeta_{j})$. \medskip On a alors: $\displaystyle G(t) \, = \, \sum_{i=1}^{n+1} \, \rho_i \, Z_{i}(t)$ avec $\displaystyle \rho_i = {G(\zeta_{i}) \over Z'(\zeta_{i})}$ et $\displaystyle \sum_{i=1}^{n+1} \, \rho_i \, = \, 1$ La condition ${G \in \D_n(Z)}$, autrement dit le fait que les racines, $\gamma_1$, $\gamma_2$,\ldots, $\gamma_n$ de $G(t)$ soient enlac\'ees par celles de $Z(t)$, implique que $ \rho_i > 0$ pour $1 \leq i \leq n+1$. La formule d'interpolation de Lagrange donne donc une bi\-jec\-tion en\-tre \\ $\displaystyle \D_n(Z)$ et $\displaystyle \U_n =\left\{ \rrho = (\rho_1, \cdots , \rho_n ) \in \R^n ; \big(\rho_i > 0\big)_{1 \leq i \leq n} \, , \sum_{i=1}^n \rho_i < 1 \right\}$. \medskip On consid\`ere donc que l'on a $n$ variables ind\'ependantes $(\rho_1$, \ldots , $\rho_n )$ et que $\rho_{n+1}=1- \sum_{i=1}^n \, \rho_i $. En fait cette bijection est un diff\'eomorphisme dont le Jacobien vaut: $$ \left| {D(\rho_1 ,\cdots , \rho_n) \over D(G_0, \cdots , G_{n-1})} \right| \stackrel{d\acute{e}f}{=} \left| \, \left\| \left({\partial \rho_i \over \partial G_j} \right)_{\! {1 \leq i \leq n \atop {\atop 0 \leq j \leq n-1}}} \right\| \, \right| = \prod_{i=1}^{n+1} \big|\, Z'(\zeta_i) \, \big|^{-{1 \over 2}}= |\Delta (Z)|^{-\frac{1}{2}} $$ o\`u $\Delta (Z)$ est le discriminant du polyn\^ome $Z$. On en d\'eduit le r\'esultat. \hspace{\fill} $\Box$ \medskip On introduit un op\'erateur $\Phi$ tr\`es li\'e \`a la transformation de Mellin, cf. \cite{ls1}. %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %definition3=\label{definition6}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{definition} \label{definition6} Soit $\Phi $ l'application $\R$-lin\'eaire de $\R\left\lbrack s_1,s_2,\cdots ,s_{n+1} \right\rbrack$ dans lui m\^eme d\'efinie de la mani\`ere suivante. Soit $\a=(a_1, \ldots ,a_{n+1}) \in \N^{n+1}$. On pose $(s)_a = s (s+1) \cdots (s+a-1)$, et $(s)_0=1$. On d\'efinit alors: $$\Phi\left( s_{1}^{a_{1}} s_{2}^{a_{2}}\cdots s_{n+1}^{a_{n+1}} \right)=(s_1)_{a_{1}} \, (s_2)_{a_{2}} \, \cdots (s_{n+1})_{a_{n+1}}$$ \end{definition} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Lemme8=\label{lemme3}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{lemme}\label{lemme3} Soient $i_1,\ldots ,i_m \in \{1, 2, \ldots ,n+1\}$ (non n\'ecessairement distincts) et soient $s_1, \ldots , s_{n+1}$ des r\'eels positifs. Soit: $$ A_{i_1, \ldots ,i_m} \stackrel{d\acute{e}f}{=} \int_{ \rrho \in \U_n} \rho_{i_1} \rho_{i_2} \cdots \rho_{i_m} \left( \prod_{\ell=1}^{n+1} \rho_{\ell}^{s_{\ell}-1} \right) d\rrho $$ Alors : \begin{equation} A_{i_1, \ldots ,i_m}= \frac{\prod_{i=1}^{n+1} \, \Gamma (s_i)}{ \Gamma(\sum_{i=1}^{n+1} s_i +m )} \, \Phi \bigg(\prod_{j=1}^m s_{i_j} \bigg) \end{equation} \end{lemme} $\Box$ Consid\'erons le diff\'eomorphisme de $\R_{+}\times \U_n$ sur $\lbrack 0,\infty \rbrack^{n+1}$ d\'efini par \begin{eqnarray*} (\lambda, \rho_1,\ldots , \rho_n) \longrightarrow (\lambda \rho_1,\lambda \rho_2, \ldots , \lambda \rho_n,\lambda \rho_{n+1}) \\ \mbox{avec} \quad \sum_{i=1}^{n+1} \rho_i = 1 \quad \mbox{et} \quad \rho_i >0 \ \mbox{pour} \ 1 \leq i \leq n+1 \end{eqnarray*} L'application r\'eciproque qui va de $\lbrack 0,\infty \rbrack^{n+1}$ sur $\R_{+}\times \U_n$ est donn\'ee par \begin{eqnarray*} (x_1,x_2, \ldots , x_{n+1}) \longrightarrow \Big(\, \sum_{i=1}^{n+1} x_i \ ,\ {x_1 \over \sum_{i=1}^{n+1} x_i}\ ,\ {x_2 \over \sum_{i=1}^{n+1} x_i}\ ,\ \ldots {x_n \over \sum_{i=1}^{n+1} x_i}\, \Big) \end{eqnarray*} et le Jacobien de la transformation est $\displaystyle \left| {D(x_1,x_2, \ldots , x_{n+1} ) \over D(\lambda , \rho_1 , \ldots , \rho _n) } \right| = \lambda^n$. \medskip En utilisant ce changement de variable il vient: \begin{eqnarray*} \lefteqn{A_{i_{1},i_{2},\ldots , i_{n}} \Gamma \Big( \sum_{i=1}^{n+1} s_i +m \Big) = } \\ & & =\int_{\rrho \in \U_n} \rho_{i_1} \ldots \rho_{i_m} \rrho^{\s-1} d\rrho \int_0^{+\infty} e^{-\lambda} \lambda^{^{\big( \sum_{i=1}^{n+1} s_i +m -1\big)}} d\lambda \medskip\\ & & = \int_{\x \in \lbrack0,\infty\rbrack^{n+1}} e^{\big(-\sum_{i=1}^{n+1} x_i \big)} \ x_{i_{1}} x_{i_{2}} \cdots x_{i_{m}}\, \x^{\s -1} \ d\x \end{eqnarray*} Pour chaque $i \in \{ 1, \ldots , n+1\}$ notons $a_i =\# \{j ; 1 \leq j \leq m \, , \ i_j =i\}$: \begin{eqnarray*} A_{i_{1},i_{2},\ldots , i_{m}} \Gamma \Big(\sum_{i=1}^{n+1} s_i +m \Big) & = & \prod_{i=1}^{n+1} \int_0^{+\infty} e^{- x_i} x_i^{s_i + a_i -1}dx_i \\ & = & \left( \prod_{i=1}^{n+1} \Gamma(s_i) \right) \Phi\Big(\prod_{i=1}^{n+1} s_i^{a_i} \Big) \hspace{\fill} \Box \end{eqnarray*} %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %proposition2=\label{proposition7}% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \begin{proposition} \label{proposition7} \begin{eqnarray*} \lefteqn{J_{n+1}^m(\s,\y)= \bigg( \prod_{j=1}^m Z(y_j) \bigg) \bigg( \prod_{i=1}^{n+1} \big| Z'(\zeta_i)\big|^{s_i-\frac{1}{2}} \bigg) \frac{\prod_{i=1}^{n+1}\Gamma(s_i)}{\Gamma(\sum_{i=1}^{n+1} s_i+m)} \times} \\ & & \hspace{5.5cm} \times \sum_{1\leq i_1, \ldots ,i_m \leq n+1} \bigg( \prod_{j=1}^m \frac{1}{y_j-\zeta_{i_j}}\bigg) \Phi \Big( \prod_{j=1}^m s_{i_j} \Big) \end{eqnarray*} \end{proposition} $\Box$ C'est une cons\'equence imm\'ediate des lemmes \ref{lemme2} et \ref{lemme3}. \hspace{\fill} $\Box$ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Expression de l'op\'erateur $\Phi$ \`a l'aide d'un op\'e\-rateur diff\'erentiel% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% \subsection{Expression de l'op\'erateur $\Phi$ \`a l'aide d'un op\'e\-rateur diff\'erentiel\label{Phi}} Soit $S_m=S=\{1,2,\ldots ,m\}$ et soit $y_1$, $y_2$, \ldots, $y_m$, $y_{m+1}$ des variables. Si $j\in S$ on notera $\displaystyle \partial_j=\frac{\partial}{\partial y_j}$. Si $T \subset S_m$ on notera: \begin{displaymath} T' = T\cup \{m+1\}\, , \ V_T =\prod_{i,j \in T \atop i